專利名稱：制冰漿蒸發(fā)器及其換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸發(fā)器制冰技術(shù)二、背景技術(shù)為合理利用國(guó)家電力資源，而研制空調(diào)蓄冷裝置，起到對(duì)電力削峰填谷運(yùn)行的效益，其中社會(huì)效益利用蓄冷可以把空調(diào)高峰用電負(fù)荷部分或全部消減并轉(zhuǎn)移到電力夜間低谷時(shí)段運(yùn)行，帶來(lái)電力網(wǎng)負(fù)荷平衡運(yùn)行的效益。由于國(guó)家能源政策實(shí)行峰谷電價(jià)差，蓄冷空調(diào)把部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到低電價(jià)運(yùn)行，給用戶帶來(lái)節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)效益。
目前制冷技術(shù)主要有溴化鋰制冷機(jī)、氟里昂制冷技術(shù)等，在海水淡化領(lǐng)域也有采取制冰技術(shù)進(jìn)行海水淡化，針對(duì)國(guó)內(nèi)電力資源短缺、地方政府采用峰谷電價(jià)調(diào)配供電等實(shí)際情況，制冷領(lǐng)域在中央空調(diào)、海水淡化等領(lǐng)域在制冰漿技術(shù)方面有了比較廣泛的研究，其中采用蒸發(fā)器制冰的技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處在初級(jí)階段。

發(fā)明內(nèi)容
制冰漿蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中的一個(gè)組成部件，該蒸發(fā)器通過(guò)制冷循環(huán)，能使載冷劑溶液(乙二醇稀溶液)冷卻降溫(溫度差約5℃)，又可以制造出大量的粒度約為100μm的冰顆粒，并與溶液混合而成的冰漿(溫度在-3~-4℃)。它自身是由一個(gè)滿液式立管蒸發(fā)器和一個(gè)帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置兩部分組成，換熱管的蒸發(fā)換熱效率很高，其傳熱系數(shù)可達(dá)3000-3500W/m2.k。
制冰漿蒸發(fā)器換熱效率之高是在構(gòu)造設(shè)計(jì)中采取了技術(shù)措施蒸發(fā)換熱管制冷劑側(cè)設(shè)置特殊的套管及氣液分離技術(shù)。在載冷劑側(cè)作到了膜狀供液，在換熱管內(nèi)又加裝了高速旋轉(zhuǎn)的攪棒，起到敲擊換熱管、破壞溶液自然下流的液膜，及時(shí)把換熱管內(nèi)壁的結(jié)冰除掉(除垢換熱管)，有利增強(qiáng)換熱的作用，攪捧剪切力改變了降膜自然流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)增強(qiáng)了分子因振動(dòng)加速熱轉(zhuǎn)移因素。對(duì)制冰漿蒸發(fā)器吸熱側(cè)(即換熱管外致冷劑側(cè))在結(jié)構(gòu)上采取外加套管提高熱轉(zhuǎn)移的強(qiáng)度，即提高了吸熱側(cè)換熱效率，這樣構(gòu)成了完整的換熱管。同時(shí)攪棒敲擊管壁也激勵(lì)著換熱管外側(cè)的致冷劑分子振蕩強(qiáng)化了吸熱效果。
制冰漿蒸發(fā)器制冷容量可改變換熱管數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，把它制造成幾種制冷容量的模塊，進(jìn)行系統(tǒng)的組成來(lái)適應(yīng)蓄冷負(fù)荷的需要。
載冷劑溶劑除乙烯乙二醇水溶液，也可為乙烯丙二醇鹽溶液，根據(jù)制取冰漿的用途來(lái)確定，如冰漿用于蓄冷空調(diào)，可用乙二醇及鹽溶液，如魚類保鮮用冰可用鹽溶液，菜類保鮮可用丙二醇溶液。
四

圖1制冰漿機(jī)組系統(tǒng)示意圖1、冷凝機(jī)組；2、制冰漿機(jī)組；3、冰漿泵；4、供液水泵；5、儲(chǔ)冰箱；6、低溫水泵；7、板式換熱器；8、去空調(diào)負(fù)荷冷水管路；9、空調(diào)回水管路圖2制冰漿機(jī)組示意圖10、供液進(jìn)水管；11、立式電動(dòng)機(jī)；12、偏心軸；13、162個(gè)空位驅(qū)動(dòng)盤；14、162根不銹鋼鞭桿；15、換熱器銅管；16、換熱器桶體；17、下冰曹；18、回氣管；19、截流管口環(huán)；20、二次加熱管；21、膨脹閥管路；22、冰液泵；冰液泵出口管路圖3制冰漿機(jī)組單盤、雙盤驅(qū)動(dòng)裝置示意圖24、立式電動(dòng)機(jī)；25、偏心軸；26、單片驅(qū)動(dòng)盤；27、162個(gè)驅(qū)動(dòng)小轉(zhuǎn)盤；28、上水曹；29、162個(gè)孔位上管板；30、162根不銹鋼鞭桿；31、換熱銅管；32、立式電動(dòng)機(jī)；33、雙偏心軸；34、外驅(qū)動(dòng)盤；35、內(nèi)驅(qū)動(dòng)盤；36、截流管口環(huán)；37、上水曹；38、上管板；39、162根換熱銅管；40、162根鞭桿圖4管熱管常壓供水通道示意圖41、水流路線；42、驅(qū)動(dòng)盤；43、塑料芯；44、塑芯上下端不銹鋼沖壓片；45、無(wú)油潤(rùn)滑軸套；46、截流管口環(huán)進(jìn)水孔；47、截流管口環(huán)進(jìn)水孔；48、耐磨墊塊；49、不銹鋼鞭桿；50換熱銅管；五、實(shí)施方式(一)、構(gòu)造制冰漿蒸發(fā)器它是一個(gè)滿液式立管蒸發(fā)器，由一個(gè)整體容器所組成，其中包括①鋼鈑卷焊成上下封端的筒體，筒內(nèi)用熱阻很小的單根或多根小口徑換熱管與上下端板焊/脹而成的一種壓力容器。把它稱為制冰漿立式殼管蒸發(fā)器。
②載冷劑溶液在換熱管內(nèi)流動(dòng)，它是由一套完整的配液機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也是制冰漿蒸發(fā)器的主要核心部件之一。專利發(fā)明者把此部件暫稱為“帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒，無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置?！边@套裝置由無(wú)壓配液糟，向換熱管內(nèi)分配溶液的多孔管口環(huán)以及驅(qū)動(dòng)懸吊在換熱管內(nèi)的攪棒旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所組成的。
③具有微弱負(fù)壓的冰漿收集箱。
④為蒸發(fā)器而配置的制冷系統(tǒng)的高壓供液，低壓回汽的管道及部件，以及安全運(yùn)行的部分控制元器件。
(二)、換熱機(jī)理通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證這種裝置換熱效率很高，其傳熱系數(shù)可高達(dá)3000~3500W/m2·K。這和它的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于放熱側(cè)(載冷劑側(cè))載冷劑溶液是從管口環(huán)的周邊多孔流向管內(nèi)壁表面，基本上可認(rèn)為是膜狀方式供液，再加上管內(nèi)吊掛一根一定直徑及質(zhì)量的攪棒，令其以高速沿內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)并敲擊換熱管。所以使得換熱管內(nèi)壁的放熱系數(shù)大大地提高。換熱過(guò)程很復(fù)雜，可以解釋為在降膜換熱的基礎(chǔ)上增加了攪捧剪切力改變了降膜自然流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)增強(qiáng)了分子因振動(dòng)加速熱轉(zhuǎn)移因素。敲擊管壁同時(shí)也激勵(lì)著換熱管外側(cè)的致冷劑分子振蕩強(qiáng)化了吸熱效果。
“帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置”它是保證高換熱效率的必要裝置。這種裝置的另外一個(gè)非常重要的功能，即顆粒冰生成必不可缺的裝置。當(dāng)溶液溫度降低到約-2℃時(shí)，溶液中的水分在換熱管內(nèi)壁開(kāi)始結(jié)冰。旋動(dòng)攪棒同時(shí)將其擊落成冰顆粒而脫離管子內(nèi)壁，與載冷劑相混合而成冰漿，落到集冰槽中。擊磨結(jié)冰的另一個(gè)目的是保證管內(nèi)表面，在制冰過(guò)程中永久處于無(wú)冰(稱無(wú)垢)狀態(tài)。及時(shí)清除冰體，可做到為無(wú)垢換熱管，不會(huì)發(fā)生冰不斷增厚，管子被冰凍堵的現(xiàn)象，即不發(fā)生凍管事故，確保安全運(yùn)行。
上面的技術(shù)措施可獲得放熱側(cè)高換熱效率。但是，從傳熱的全過(guò)程中只提高放熱側(cè)放熱效率是達(dá)不到目的的，所以本專利中對(duì)吸熱側(cè)(即換熱管外致冷劑側(cè))在結(jié)構(gòu)上采取外加套管提高熱轉(zhuǎn)移的強(qiáng)度，即提高了吸熱側(cè)換熱效率，這樣構(gòu)成了完整的換熱管。賴以確保制冰漿蒸發(fā)換熱管的高換熱效率。
(三)、制冷工作循環(huán)制冷壓縮冷凝機(jī)組運(yùn)行向制冰漿蒸發(fā)器供液(R22或R134a)，在蒸發(fā)器中沸騰吸熱，低壓蒸汽被壓縮機(jī)抽回再壓縮，完成制冷循環(huán)。
載冷劑是乙烯乙二醇或鹽溶液，濃度約7％，由供液及冰漿貯存系統(tǒng)8中的泵來(lái)完成，供液泵從貯存箱體抽溶液打入到帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置3中，溶液均勻分配流入換熱管2之內(nèi)，該裝置的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)攪棒4高速轉(zhuǎn)動(dòng)，溶液自上向下沿管內(nèi)壁流動(dòng)(呈膜狀懸流狀態(tài))。進(jìn)行放熱冷卻后，流入到集冰漿槽中，被冰漿泵打回貯存箱中完成載冷劑的放熱循環(huán)，在不斷循環(huán)中載冷劑被冷卻，溶液溫度下降，當(dāng)溫度下降到一定的溫度(通常在-1.5~-2℃)時(shí)，溶液中即有冰漿顆粒產(chǎn)生。流入到集冰槽內(nèi)被泵打回貯存箱中分離貯存。
權(quán)利要求
1.一種換熱方法，系在降膜換熱基礎(chǔ)上增強(qiáng)攪棒旋轉(zhuǎn)作用，其特征在于，向換熱管內(nèi)壁以膜狀方式供液，換熱管內(nèi)攪棒旋轉(zhuǎn)并敲擊換熱管，同時(shí)對(duì)回汽進(jìn)行汽液分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，溶液通過(guò)換熱管口上多孔的管環(huán)自上而下流向換熱管內(nèi)壁，呈膜狀懸流狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，配液槽內(nèi)的溶液是處于常壓狀態(tài)，配液槽非盛滿狀態(tài)，保持一定高度的靜水位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攪棒在換熱管內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)到800r/min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攪棒在換熱管內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，緊壓換熱管內(nèi)壁作鞭打滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，二根以上換熱管內(nèi)的攪棒可以采用整體驅(qū)動(dòng)盤和內(nèi)外圈驅(qū)動(dòng)盤兩種傳動(dòng)方法中的任何一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，整體驅(qū)動(dòng)盤傳動(dòng)方法中，所有換熱管內(nèi)的攪棒均由一個(gè)驅(qū)動(dòng)盤帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，內(nèi)外圈驅(qū)動(dòng)盤傳動(dòng)方法中，把整體驅(qū)動(dòng)盤按動(dòng)力平衡需要分割為內(nèi)環(huán)和外環(huán)，即內(nèi)驅(qū)動(dòng)盤和外驅(qū)動(dòng)盤，把攪棒分別懸掛在內(nèi)外驅(qū)動(dòng)盤上，攪棒的旋轉(zhuǎn)靠?jī)?nèi)外驅(qū)動(dòng)盤的驅(qū)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，攪棒將換熱管內(nèi)壁凝結(jié)的冰體擊落成冰顆粒脫離內(nèi)壁，與載冷劑相混合而成冰漿，落入集冰槽。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法設(shè)計(jì)的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，重要部件包括滿液式立式殼管蒸發(fā)器和帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置；滿液式立管蒸發(fā)器殼管筒內(nèi)設(shè)有一根以上換熱管，換熱管外加裝套管；帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置，系由無(wú)壓配液糟、多孔管口環(huán)、攪棒以及攪棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，滿液式立式殼管蒸發(fā)器殼管筒體上下封端，換熱管與上下端板連結(jié)固定。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，換熱管管材根據(jù)處理載冷劑成分及傳熱學(xué)要求選定材質(zhì)，銅基質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，換熱管管徑為38mm。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，換熱管上端設(shè)有環(huán)形板和濾材分離器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，攪棒設(shè)在換熱管內(nèi)，長(zhǎng)于換熱管。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，攪棒懸吊在多孔管口環(huán)上端的小圓盤上。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，攪棒為不銹鋼材質(zhì)，圓形，表面光潔度較高。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，攪棒直徑為10mm，每根質(zhì)量均等。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的制冰漿蒸發(fā)器，其特征在于，攪棒驅(qū)動(dòng)裝置可以設(shè)置為整體驅(qū)動(dòng)盤或內(nèi)外圈驅(qū)動(dòng)盤。
全文摘要
制冰漿蒸發(fā)器是制冷系統(tǒng)中的一個(gè)組成部件，它自身是由一個(gè)滿液式立管蒸發(fā)器和一個(gè)帶有高速旋轉(zhuǎn)攪棒無(wú)壓側(cè)孔非滿流配液裝置兩部分組成，換熱管的蒸發(fā)換熱效率很高，其傳熱系數(shù)可達(dá)3000－3500W/m
文檔編號(hào)F28F17/00GK101086428SQ200610083800
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月6日
發(fā)明者安大志, 劉錦梁 申請(qǐng)人:北京市和平制冷工程有限公司